里氏替换原则

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2022-04-22

定义

里氏替换原则（LSP）。

所有引用积累的地方必须能透明地使用其派生类的对象。

简单来说，在代码中任何使用到父类对象的地方，都能够直接使用子类对象直接替代而功能正常。

作用

有一功能 P1，由类 A 完成。现需要将功能 P1 进行扩展，扩展后的功能为 P，其中 P 由原有功能 P1 与新功能 P2 组成。新功能 P 由类 A 的子类 B 来完成，则子类 B 在完成新功能 P2 的同时，有可能会导致原有功能 P1 发生故障。

如果我们遵循里氏替换原则可以保证代码不会发生故障。

里氏替换原则四层含义

子类可以实现父类的抽象方法，但不能覆盖父类的非抽象方法。子类可以实现父类的抽象方法，但不能覆盖父类的非抽象方法，父类中凡是已经实现好的方法（相对于抽象方法而言），实际上是在设定一系列的规范和契约，虽然它不强制要求所有的子类必须遵从这些契约，但是如果子类对这些非抽象方法任意修改，就会对整个继承体系造成破坏。
子类可以有自己的个性。在继承父类属性和方法的同时，每个子类也都可以有自己的个性，在父类的基础上扩展自己的功能。前面其实已经提到，当功能扩展时，子类尽量不要重写父类的方法，而是另写一个方法，所以对上面的代码加以更改，使其符合里氏替换原则。
覆盖或实现父类的方法时输入参数可以被放大。当子类的方法重载父类的方法时，方法的前置条件（即方法的形参）要比父类方法的输入参数更宽松。
覆写或实现父类的方法时输出结果可以被缩小。当子类的方法实现父类的抽象方法时，方法的后置条件(即方法的返回值)要比父类更严格。

里氏替换原则优点

保证了父类的复用性。
降低系统出错误的故障，防止误操作。
不会破坏继承的机制。
增强程序的健壮性，版本升级是也可以保持非常好的兼容性。
即使增加子类，原有的子类还可以继续运行。在实际项目中，每个子类对应不同的业务含义，使用父类作为参数，传递不同的子类完成不同的业务逻辑。

里氏替换原则缺点

继承是入侵性的。

只要继承，就必须拥有父类的所有属性与方法。

降低了代码的灵活性。

子类拥有了父类的属性方法，会增多约束。

增强了耦合性。

当父类的常量、变量、方法被修改时，必须考虑子类的修改。

实现方法

如果两个类 A 和 B 之间的关系违反了里氏替换原则（假设 A 为父类），则可以选择以下的重构方案：

创建新的抽象类 C 作为 A 和 B 的父类，将 A 和 B 的共同欣慰移动到 C 中。
将继承关系改为关联关系。

示例

下面展示其中一种重构方法，将两个类之间的继承关系改为关联关系。

我们考虑运动员和自行车之间的例子，每个运动员都有一辆自行车。

反例

Bike.h

class Bike {
public:
       void Move();
       void Stop();
       void Repair();

protected:
       int    ChangeColor(int);

private:
       int    mColor;
};

Player.h

class Player : private Bike
{
public:
      void  StartRace();
      void  EndRace();

protected:
       int    CurStrength ();

private:
        int   mMaxStrength;
        int   mAge;
};

正例

Bike.h

class Bike {
public:
       void Move();
       void Stop();
       void Repair();

protected:
       int    ChangeColor(int);

private:
       int    mColor;
};

Player.h

class Player
{
public:
      void  StartRace( );
      void  EndRace( );
protected:
       int    CurStrength ( );
private:
        int   mMaxStrength;
        int   mAge;
Bike * abike;
};